UNIVERSIDAD PERUANA UNIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE ARQUITECTURA
CALENTADOR SOLAR CASERO
Autores: Lady Estefany Vasquez Silva Adrian Samuel Pizarro Perez Ariana Darleth Jemima Quispe Acuña
Docente: Mg. Arq. Jhonny Montalvan Silva
Curso: Arquitectura Bioclimática II
Tarapoto, Noviembre de 2021
CALENTADOR SOLAR CASERO Adrian S. Pizarro, Jemima D. Quispe y Lady E. Vasquez Facultad de Ingeniería y Arquitectura, Universidad Peruana Unión Mg. Arq. Jhonny Montalvan Silva 18 de noviembre de 2021
Resumen: Actualmente, los calentadores solares son cada vez más utilizados por las personas, pero el precio de un original es muy elevado por lo cual para muchas personas no es posible su adquisición, por ello se realizó un prototipo de calentador solar casero en la ciudad de Tarapoto para el cual se optó por cambiar las partes que un calentador solar original por materiales de fácil y barata adquisición. El objetivo de este proyecto es dar a conocer a las personas que para tener un calentador solar dentro de casa no es necesario comprar uno de marca u original, ya que, es posible realizarlo uno mismo, por lo tanto, en el presente artículo se busca mostrar el procedimiento realizado para la construcción de un calentador solar casero.
Palabras Claves: Calentador solar casero, Materiales de bajo costo, Temperatura, Metodología.
Abstract: Currently, solar heaters are increasingly used by people, but the price of an original is very high, which is why for many people it is not possible to purchase it, so a prototype of a home solar heater was made in the city of Tarapoto for which it was decided to change the parts that an original solar heater for materials of easy and cheap acquisition. The objective of this project is to make people aware that to have a solar heater inside the house it is not necessary to buy a brand or original one, since it is possible to do it yourself, therefore, in this article we are looking for show the procedure performed for the construction of a homemade solar heater.
Keywords: Home solar heater, Low-cost materials, Temperature, Methodology.
Introducción: La necesidad de que una vivienda cuente con un sistema de agua caliente es cada vez mayor con el paso del tiempo, el adquirir un calentador solar o una terma no es fácil para muchas familias debido al alto costo que estos artefactos tienen. Estos sistemas son mucho más necesitados en zonas de altura y en zonas con temperaturas bajas; algunas formas en las que se puede obtener agua caliente en casa son: -
Panel Termo solar
-
Terma eléctrica
-
Suministro de agua caliente por red pública
-
Calentadores de gas
Para este proyecto se tomó como base al Panel termo solar, del cual se tuvieron varias opciones para reemplazar las partes que uno de estos artefactos tiene de manera original. a. Termotanque: Reemplazado por: Tanques de metal y/o plástico, en ocasiones usando un aislante de papel o poliestireno.
b. Estructura: Reemplazado por: estructuras de aluminio, madera o cartón.
c. Tuberías: Reemplazado por: Tuberías de C-PVC, mangueras de polietileno, entre otros.
d. Colector Solar: Reemplazado por: Botellas de PET, botellas de vidrio, latas. En muchas ocasiones pintadas de negro.
e. Otros materiales: Papel aluminio, codos de PVC, pegamento, panel de vidrio o acrílico.
Se evaluaron todas estas opciones de las cuales se eligieron las que mejor podrían funcionar, darnos los mejores resultados y ser más accesibles para todos.
Metodología: De las opciones que se tenían para realizar el calentador solar casero se eligieron los siguientes materiales: Termotanque: 2 Cilindros de Plástico (80L y 50L) Estructura: Listones de madera Tuberías: Tubos de CPVC Colector solar: Botellas de PET
A estos se suman otros materiales y herramientas, de las cuales se ha sacado su respectivo presupuesto:
Presupuesto 1) 50 Botellas de ½ litro.
…
2) Dos pegamentos para tubos CPVC.
S/. 43.80
3) 2 cilindros uno de 30l y 80l.
S/. 85.00
4) 8 tubos codos.
S/. 12.00
5) 18 tubos de unión tee.
S/. 38.00
6) 2 Tecnopor de ¾”.
S/. 14.00
7) 5 tubos CPVC DE ½” DE 3 m.
S/. 144.5
8) Listones de madera.
S/. 40.00
9) Pintura negra.
S/. 5.00
10) Manguera.
…
11) Lijas.
S/. 7.00
12) Dos llaves de paso de agua de ½”
S/. 50.00
13) Bolsa de pernos.
S/. 10.00
14) Termómetro.
S/. 25.00
15) Cinta gris.
S/. 10.00
16) 2 abrazaderas.
S/. 6.00
TOTAL: s/. 490.30
La mayoría de estos materiales y herramientas fueron comprados, aunque se pudo obtener ayuda con algunas cosas. Las Botellas PET fueron donadas por el gerente Miguel Ángel Chávez Reátegui de la empresa “Manantial”
Imagen 1: Botellas plásticas obsequiadas por el gerente Miguel Ángel Chávez Reátegui de la empresa “Manantial”
El Taladro, brocas, la sierra de mano y la pistola de silicona fueron prestadas, así como también el termómetro digital, por lo cual se evitaron esos gastos.
Imagen 2: Compra de los materiales restantes.
A. Proceso Constructivo de la cama Absorbedora: Los pasos para realizar la cama absorbedora fueron los siguientes: 1.
Corte y pulido de los tubos C-PVC:
Los tubos de C-PVC de 3 metros fueron cortados en secciones de 1 metro y de 12cm, los extremos fueron pulidos con el uso de lijas.
Imagen 3: Pulido de tubos para realizar las pruebas
2.
Prueba de colocación de botellas a los tubos C-PVC:
Se armó la cama absorbedora usando los tubos previamente cortados y los codos, y también Tee del mismo material. A esta estructura se le revistió con botellas plásticas.
Imagen 4: Armado de prueba de la cama absorbedora.
3.
Pintado de botellas de plástico con pintura negra:
Las botellas de plástico que utilizamos fueron pintadas de negro solo hasta la mitad, ya que según el artículo que tomamos como referencia cuando son pintadas de esta manera el calor que absorben es mucho mayor a que se encuentren sin pintar. (Caracterización de un calentador solar de bajo costo y con materiales de fácil acceso, 2017)
Imagen 5: Pintado de botellas de PET de color negro, hasta la mitad.
B.
Proceso Constructivo del Termotanque:
Los pasos para realizar el Termotanque son los siguientes:
1.
Perforación en los cilindros para el ingreso y salida de agua:
Se perforaron los cilindros de 80L y 30L para que los tubos de C-PVC puedan ingresar a ellos y el agua pueda almacenarse, de esta manera mantener la temperatura del agua caliente durante más tiempo.
Imagen 6: Perforación de los cilindros mediante el uso de un taladro inalámbrico.
2.
Colocación de los cilindros:
Se colocó el cilindro más pequeño dentro del más grande para que este último le brinde protección y ayude a que el agua dentro del más pequeño se mantenga caliente durante más tiempo.
Imagen 7: Colocación de los cilindros.
3.
Cortado de Tecnopor para rellenar el espacio entre los 2 cilindros:
Se compraron 2 planchas de Tecnopor de ¾ los cuales fueron cortados en pequeños trozos para funcionar como aislante térmico en el espacio entre los 2 cilindros.
Imagen 8: Tecnopor en pequeños trozos entre los 2 cilindros para funcionar como aislante térmico.
4.
Introducción de los tubos de C-PVC para el almacenaje de agua:
Se introdujeron los tubos de C-PVC en el cilindro menor, en el cual se almacenará el agua caliente producida por la cama absorbente.
Imagen 9: Perforación de las tapas e introducción de los tubos de C-PVC para el almacenaje del agua.
C.
Proceso de armado de la base de madera:
Los pasos para armar la base de madera son los siguientes:
1.
Compra y cortado de listones de madera:
Se compraron 5 listones de madera de 3 metros, los cuales fueron cortados en 4 listones de 1.00m, 4 de 1.30 y 4 de 1.20m.
Imagen 10: Listones de madera cortados para el armado de la base.
2.
Armado de la base:
Se armó la base de manera en un ángulo de 45° para mejor conducción del agua respecto a los tubos CPVC con el uso de un taladro inalámbrico para realizar las perforaciones y pernos para unir los listones de madera.
Imagen 11: Armador de la base de madera.
D.
Armado del Calentador Solar Casero:
1.
Unión de la cama absorbedora, Termotanque y Base de Madera.
Se colocó la cama absorbedora sobre la base de madera para que este soporte el peso del agua cuando el sistema comience a funcionar. Luego se conectó la cama absorbedora con el termotanque mediante el uso de tubos de C-PVC.
Imagen 12: Armado del Calentador Solar
2.
Colocación de Llaves de paso de ½” para la controlar la circulación del
agua: Se colocó una llave de paso al inicio del sistema, es decir antes que el agua ingrese a la cama absorbedora.
Imagen 13: Llaves de paso acopladas al sistema del Calentador Solar Casero.
Pruebas y resultados:
1.
Prueba de temperatura del agua 1:
El día 21-10-2021 se hizo la primera prueba de calentador solar casero colocándolo con la vista frontal al norte, en el cual se obtuvieron los siguientes aciertos y fallas:
a.
Aciertos:
a.1. El circuito por donde pasa el agua hasta llegar al Termotanque no presentó ninguna fuga.
a.2. Este día hubo un sol moderado por lo cual aumentó la temperatura del agua en 16.6°C, subiendo de 29.4°C a 46°C.
Imagen 14: Temperatura del agua salida de la red pública.
b.
Fallas:
b.1. Se encontró una fuga en el Termotanque, se trataba de una filtración mediante pequeñas gotas de agua del termotanque.
Imagen 15: Fuga presentada en el Termotanque.
b.2. Se vio un déficit en la función del Tecnopor como aislante térmico, ya que, se perdía en promedio 3°C cada 40 minutos. Esto se debe principalmente a como estaba distribuido el Tecnopor en medio de los 2 tanques de plástico.
Imagen 14: Temperatura del agua salida de la red pública.
2.
Ajustes en el termotanque:
a.
Se arregló fuga del termotanque haciendo un cambio de piezas, con lo cual se
logró una mejor hermeticidad entre los 2 tanques.
Imagen 15: Cambio en la unión entre los 2 Tanques.
b.
Se cambio la forma en la que se distribuía el Tecnopor entre los 2 tanques de
plástico. Se trituró el Tecnopor para que funcione mejor como aislante térmico.
Imagen 16: Tecnopor triturado en el espacio entre los 2 tanques de plástico.
c.
Se colocó cinta gris dentro del tanque pequeño para que junto al Tecnopor
mantengan el agua caliente dentro del tanque.
Imagen 17: Cinta dentro del tanque pequeño.
3.
Comparación de datos entre el tanque sin modificar y el tanque modificado:
-
Pérdida de temperatura antes del cambio:
El tanque perdía en promedio 1°C cada 40 minutos.
-
Pérdida de temperatura después del cambio:
El tanque perdía en promedio 1°C cada 2 horas.
4.
Prueba de temperatura del agua 2:
Durante la segunda prueba dada el 04-11-21, el cual fue un día parcialmente nublado por lo cual la temperatura promedio ambiente fue de 29°C. Registro por hora: 10:30 a.m. Temperatura del Agua dentro del tanque 35°C.
11:00 a.m. Temperatura del Agua dentro del tanque 36°C.
11:30 a.m. Temperatura del Agua dentro del tanque 37°C.
12:00 a.m. Temperatura del Agua dentro del tanque 38°C.
12:30 a.m. Temperatura del Agua dentro del tanque 38°C. Imagen 18: Registro de la temperatura a las 12:30p.m.
Durante el resto del día la lectura de la temperatura que se tuvo fue muy similar, es decir de 38°C. La temperatura del agua antes de Ingresar al sistema fue de 29°C y con la temperatura ambiente llegando hasta los 31°C no se pudo tener una mejor lectura del funcionamiento de el calentador solar casero.
Gráfico 1: Gráfico de la variación de la temperatura del agua dependiendo el tipo de día.
Prueba de eficiencia del termotanque durante 24horas:
Gráfico 2: Gráfico de la variación de la temperatura del agua durante una prueba de 24 horas.
Imagen 19: Registro de la temperatura a las 6:00 a.m.
Prototipo terminado:
Área que el calentador solar ocupa: 1.43 m2
Peso total: 34 kg.
1.00 m 1.30 m
1.10 m
Peso total con Agua: 98.5 kg.
Capacidad de Agua: 50 L.
Conclusiones Luego de terminar y desarrollar nuestro calentador solar, podemos afirmar que realizar un calentador solar casero funcional y hecho a mano es posible; realizando el análisis de temperatura del agua dentro del calentadora solar, se obtuvo un resultado favorable perdiendo solo 4 grados centígrados en 12 horas. Antes de las mejoras que se realizaron en el termo tanque se pudo observar que se perdía 1°C cada 40 min; pero después de las mejoras realizadas perdía 1°C cada 2 horas.
El calentador solar presenta deficiencias en días nublados donde la temperatura es menor de 33°C. Pero cuando las temperaturas son superiores a 33°C el agua puede llegar a 49.5°C fácilmente. Con los materiales que utilizamos el proyecto se puede hacer manualmente y con facilidad y en pocos días. Recomendaciones Se recomienda adicionar cinta gris en el interior del termo tanque para que ayude al mantenimiento de la temperatura del agua. Se recomienda hacer un estudio sobre el comportamiento del aislador que se utilizará en el calentador solar para no tener problemas con las perdidas de calor que puedan suceder en un futuro. Se recomienda pintar la mitad de las botellas de color negro para mejorar la conducción del calor dentro de ellas. También se recomienda colocar en medio de los dos tanques el tecnopor triturado para mejor mantenimiento del agua dentro del termo tanque. Se recomienta adicionar a la cama absorbedora una cubierta de plástico, para así aumentar la temperatura del agua en 9°. Se recomienda utilizar pegamento adecuado y tubos CPVC, para agua caliente.
Bibliografía Jesús, M.-, & Álvarez, S. –. (n.d.). Caracterización de un calentador solar de bajo costo y con materiales de fácil acceso. Ecorfan.Org. Retrieved December 9, 2021, from https://www.ecorfan.org/bolivia/researchjournals/Sistemas_Experimentales/vol4num12/ Revista_de_Sistemas_Experimentales_V4_N12_3.pdf
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E. A. P. (2014). TORIBIO RODRÍGUEZ DE MENDOZA DE AMAZONAS. Edu.Pe. Retrieved December 9, 2021, from http://repositorio.untrm.edu.pe/bitstream/handle/UNTRM/261/Eficiencia%20t%C3%A9 rmica%20de%20un%20calentador%20solar%20dom%C3%A9stico%20de%20agua%2 0hecho%20con%20botellas%20pl%C3%A1sticas%2C%20Chachapoyas%20Amazonas%2C%202014.pdf?sequence=1&isAllowed=y